X射线在NACL中的衍射讲稿.docxVIP

实验七：X射线在NACL单晶体中的衍射X射线的发现历史：1895年德国科学家在用克鲁克斯管研究阴极射线时，发现了一种人类用眼睛看不到，但可以使得铂氰化钡屏发出荧光的射线，成为X射线，X射线不带电，因此在磁场中不发生偏转，直到1912年劳厄等人发现X射线在晶体中的衍射现象，才证实了X射线本质上是一种波长很短的电磁波，其波长约为10nm到10-2nm之间。由于X射线波长与晶体中原子间的距离是同一数量级，至今它仍然是研究晶体结构的有力结构。实验目的：了解X射线的产生、特点和应用；了解X射线管产生连续X射线谱和特征谱的基本原理；研究X射线在NACL单晶体上的衍射，并通过测量X射线特征谱线的衍射角测定X射线的波长和晶格常数。实验原理X射线的产生和X射线的光谱X射线一般用X光管产生，电子由热阴极发出，经过高压电场加速后，轰击位于阳极的金属靶材，由金属靶材发出X射线，对于不同的电压，同一种金属的谱线不一样，当电压比较低，还不至于使得内层电子跃迁，这时的光谱是连续的，这叫轫致辐射，当电子的能量高到足以使内层电子跃迁，此时的光谱就不连续，这叫特征谱线。连续光谱连续光谱又叫“白光谱”，包含了从短波段限m的全部波长，其强度随波长变化而连续变化，从短波段开始后达到了一个极大值，随后一直下降趋近于零。特征光谱阴极电子流达到阳极的金属靶材上，如果能量足够高，原子的内层电子就会跃迁，使得原子处于较高的激发态，内层电子K，L，M层的排列如左图，实验的结果也会产生连续谱线。右上角的图中出现和两条特征谱线，即分别是L、M层的电子向K层跃迁所发出的谱线，由于内部两轨道间的能级差比较大，因此所发出的电磁波的能量较大，所以谱线变化大。X射线在晶体中的衍射由于X射线的波长较短，其波长大致为0.2nm，若想也用光栅来看其衍射效应是非常困难的，因为光栅之间的间距不可能做的这么小，劳厄首先想出用晶体这个天然的光栅来观察其衍射效应，因此证明出X射线也是电磁波的一种，只是其波长很短。当有入射波时，可将晶面看成是镜面，入射波与镜面的夹角为时，容易看出两次反射波的光程差是，即。当它满足公式，n为正整数时，发射干涉。实验步骤钼原子的X特征谱线将NACL固定在靶台上。设置工作参数高压U=30kv，发射电流I=1mA,?t=3s,?β=0.1分别按COUPLE和β limits键设置靶转动的下限为5.5。，上限为8。启动高压，按SCAN键（b）高压U=30kv，发射电流I=1mA,?t=6s,?β=0.1分别按COUPLE和β limits键设置靶转动的下限为2.5。，上限为32.5。启动高压，按SCAN键记录实验结果实验分析实验一的实验结果此图得出了第一级衍射角谱，由图知Kα形成的角度为7.2。，kβ形成的角度为6.4。，经过布拉格公式计算得到：与理论值得差异非常小：边吸收从这张图可以看出β谱线被吸收掉，只剩下α谱线，说明Zr对β谱线有吸收功能实验二的实验结果由此图得到的结论是：X射线在NACL晶体中发生了衍射，因为观察到了衍射“条纹”，三级比较明显，第四级只能看得到一点点。衍射时有两条特征谱线Kα、kβ，其中α谱线要比β谱线高，原因是α谱线是第L层电子跃迁到K层，β谱线是第M层电子跃迁到K层，其中第L层电子跃迁到K层要比第M层电子跃迁到K层的几率大，因此α谱线的强度就比β谱线大。随着角度的增大两条谱线分开的间距越来越大，这也是衍射的一个特征。